Tìm hiểu về máy chụp cắt lớp điện toán CT scanner 30

LỜI NÓI ĐẦUNgày nay khi mà nền kinh tế đã phát triển, trình độ nhận thức của conngười được nâng cao thì nhu cầu chăm sóc và bảo vệ sức khoẻ ngày càng đượcquan tâm hơn Cùng vơ

Trang 1

BÀI TIỂU LUẬN

HP: ĐIỆN TỬ Y SINH HỌC

Đề tài: TÌM HIỂU VỀ MÁY CT

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

KHOA ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

******

TIỂU LUẬN

Đề tài tiểu luận: TÌM HIỂU VỀ MÁY CT

Môn học: ĐIỆN TỬ Y SINH HỌC

Bộ môn: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

Yêu cầu của đề tài:

………

Trang 3

Phụ lục

Tổng quan về máy chụp cắt lớp điện toán CT……… 1

I Lịch sử hình thành và mô tả máy CT…… ……… ………… ……… 2

II Nguyên lý hoạt động……… ……… ……… 4

III Các thế hệ máy CT……… ……… … … … 9

3 1 Máy CT thế hệ thứ nhất……… ……… …… … 9

3 2 Máy CT thế hệ thứ hai……… ……… …………10

3 3 Máy CT thế hệ thứ ba……… ……… 11

3 4 Máy CT thế hệ thứ tư……… …… 14

3 5 Máy CT thế hệ thứ năm……… … …… 15

IV Sơ lược về hệ thống máy chụp cắt lớp điện toán CT…… … … ……… … 17

4 1 Cấu trúc máy cắt lớp điện toán……… ………17

4 2 Chức năng……… ………19

V Các ưu nhược điểm của kỹ thuật chụp CT…… ……… … ……… … 25

5 1 Ưu nhược điểm của CT so với X-quang thông thường……… …………25

5 2 So sánh CT và MRI……… … ………… 25

VI Các ứng dụng của phương pháp chụp cắt lớp điện toán CT……… ……… 26

VII Hướng phát triển……… ……… 26

Tài liệu tham khảo……… ………27

Trang 4

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay khi mà nền kinh tế đã phát triển, trình độ nhận thức của conngười được nâng cao thì nhu cầu chăm sóc và bảo vệ sức khoẻ ngày càng đượcquan tâm hơn Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, trên thế giới nóichung và ở nước ta nói riêng lĩnh vực thiết bị y tế chăm sóc sức khỏe con ngườiluôn được đầu tư và quan tâm một cách thích đáng Một trong những bộ phậnnhỏ được ứng dụng vào y tế đó là hệ thống thiết bị chẩn đoán hình ảnh Hệ thốngnày đang được dần trang bị cho các bệnh viện nhằm phục vụ nhu cầu khám vàchữa bệnh Các thiết bị đó ngày càng hoàn thiện về tính năng và sự tiện dụngMột trong những thiết bị đó là máy chụp cắt lớp điện toán (CLĐT) gọi tắt là CTĐây có thể coi là một trong những thiết bị mới và hiện đại nhất trong hệ thốngthiết bị chẩn đoán hình ảnh ở nước ta Với hệ thống chụp CLĐT thì hình ảnhvùng thăm khám được thể hiện rõ nét hơn, tạo ra được các lớp cắt trong cơ thểgiúp cho bác sỹ đễ dàng chẩn đoán hơn Với những ứng dụng thiết thực của hệthống máy CT nhóm tiểu luận I đã được nhận đề tài “Tìm hiểu về máy CT ” Đâylà 1 loại máy hiện đại trong lĩnh vực y học nói chung và việc thăm khám tạo rahình ảnh lớp cắt trên cơ thể bệnh nhân nói riêng Do đó việc tìm hiểu về máy CTlà rất thiết thực và bổ ích Tuy nhiên do trình độ kiến thức của bọn em còn kémvà thời gian hạn chế do đó bài tiểu luận này vẫn còn nhiều hạn chế và thiếu sótrất mong được sự góp ý của các thầy cô giáo và các bạn

Nhóm tiểu luận I

Trang 5

TỔNG QUAN VỀ MÁY CHỤP CẮT LỚP ĐIỆN TOÁN (CT)

CT là một trong những biện pháp chẩn đoán hình ảnh hiệu quả và được sửdụng phổ biến ở các Bệnh viện từ tuyến tỉnh trở lên

CT là từ viết tắt của từ Computed Tomography Tomography được tạo từ

hai từ trong tiếng Hy Lạp : tomo nghĩa là lát, miếng và graphy là mô tả Vậy có thể hiểu CT là “chụp ảnh các lát cắt bằng tính toán”, CT có khả năng tạo hình

ảnh “xuyên qua” cơ thể bệnh nhân CT còn có tên gọi khác là CAT (Computedaxial tomography)

Máy CT là hệ thống mô phỏng bằng laze để định vị chính xác vị trí, tư thếvà tọa độ khi chụp ảnh Có thể chụp cắt lớp toàn cơ thể đồng thời mô phỏng kếtquả chụp Khả năng thực hiện nhiều thăm khám phức tạp: CT sinh thiết, CT

Chụp CT (chụp cắt lớp vi tính có sự trợ giúp của máy tính) là một phươngpháp kiểm tra bằng X-quang tiên tiến có sử dụng kỹ thuật chụp X-quang và máytính để thu được các hình ảnh của cơ thể

Máy CT Somatom của Siemens

I LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ MÔ TẢ MÁY CT

Trang 6

Những thành phần tạo nên máy chụp cắt lớp điện toán ra đời bởi nhà vật lý

y học từ 30 năm trước, Godfrey Hounsfield một kỹ sư vật lý làm việc cho công tyEMI,Ltd Những chứng minh đầu tiên về kỹ thuật có từ năm 70,80 của thế kỉXIX Hounsfield đã chia sẻ giải nobel vật lý cùng với Alan Cormack, một nhà vật

lý của đại học Tufts, Cormack trình bày về sự dễ dàng khi tính toán sử dụngphương pháp xây dựng lại ảnh bằng máy CT

Godfrey N Hounsfield Allan M Cormack

Hình 1 Hai nhà bác học được nhận giải Nobel Y học vì những đóng góp cho sự phát triển máy chụp cắt lớp điện toán

Giải Nobel Y học năm 1979 được trao cho GS Allan M Cormack vàGodfrey N Hounsfield vì những đóng góp của họ trong việc phát triển máychụp cắt lớp vi tính, tạo một bước tiến mang tính cách mạng trong lĩnh vực xạtrị cũng như chẩn đoán các bệnh thuộc hệ thần kinh

Allan M Cormack là giáo sư đầu ngành vật lý tại Viện Ðại học Tufts(bang Massachusetts-Mỹ) Ông là người đầu tiên phân tích các điều kiện để làm

thấy rõ cách chụp cắt lớp đúng trong hệ thống sinh học và công bố vào năm

1963-1964, góp phần phát triển các lý thuyết về máy vi tính chụp cắt lớp đặtnền tảng trên việc sử dụng tia X

Trang 7

Godfrey Hounsfield là giám đốc bộ phận nghiên cứu công nghiệp điện và

âm nhạc ở Middlesex (Anh), là người thực hiện máy vi tính chụp cắt lớp đầutiên sử dụng trong y học vào năm 1968 Bằng sáng chế được cấp năm 1972 Hệthống của Hounsfield giúp chẩn đoán hình ảnh óc, não, tạo tiền đề giúp pháttriển nhiều hệ thống máy vi tính chụp cắt lớp sau này với các cải tiến kỹ thuậtgiúp phân tích hình ảnh nhanh hơn

Tia X khi đi ngang qua nội tạng sẽ cho hình ảnh trên phim Hình ảnh ấytùy thuộc vào cấu trúc các mô của cơ quan mà tia X đi ngang qua và thườngkhông rõ nét ở chiều sâu, vì thế cần phải chụp bổ sung trực diện hoặc hai bênHơn nữa việc đọc phim cũng tùy vào năng lực chuyên môn của người chụp vàtính chất bất thường của bệnh lý Vì thế kết quả X-quang không tránh khỏi mangtính chủ quan và dễ sai lệch Do đó sau này kỹ thuật chụp cắt lớp phân tầng(tomography, theo tiếng Hy Lạp tomos = vết cắt, graph = ghi lại) đã phát triểnthêm để phân lập hình ảnh nội tạng bị bệnh Tuy có tiến bộ nhưng vẫn chưa thỏamãn được nhu cầu chẩn đoán sớm bằng hình ảnh

Ngoài ra tia X còn có những hạn chế như không thể dựng tia X quá 25% vàphim X-quang thiếu độ nhạy cần thiết tương ứng với độ dày các mô Từ đó ýtưởng sử dụng máy vi tính hỗ trợ chụp cắt lớp được hình thành để giải quyết vấnđề Và chỉ trong vòng 6 năm, nó đã trở thành một sự kiện mang tính cách mạngtrong lĩnh vực chẩn đoán hình ảnh y khoa

Máy CT là dụng cụ chuẩn đoán vô giá cho bác sĩ X quang Việc phát triểnvà đưa nó vào phục vụ bác sĩ có tầm quan trọng như việc phát hiện ra tính chấtgián đoạn Snook của máy biến thế, Ống Coolidge tạo ra tia X quang, màng nhănPotter-Bucky

Máy chụp cắt lớp điện toán không sử dụng phương pháp tạo ảnh thông

thường Không có ảnh tạo thông thường từ các thụ quan Trong máy CT, có ống

chuẩn trực chùm tia X hướng tới bệnh nhân Cường độ chùm bức xạ được điềukhiển bởi máy tính Sau khi tín hiệu được phân tích từ bộ thu nhận tia X Máytính sẽ khôi phục lại hình ảnh và hiển thị trên máy theo dõi bệnh nhân Ảnh đượcchụp để lưu lại và đánh giá Máy tính xây dựng lại mặt cắt ngang cơ thể, kết cấu

Trang 8

cơ thể được hoàn thành với sự phân chia ra các phần bằng nhau (thuật toán phỏngtheo của máy tính)

Sự khác nhau về đặc điểm hoạt động và chất lượng ảnh là một bước tiếnlớn của máy CT so với hầu hết các thiết bị thông thường trong lĩnh vực X quang

II NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Khi chụp bụng bằng phương pháp X quang thông thường ảnh lập tức đượctạo ra trên phim từ thụ quan Ảnh tương đối kém và tương phản (hình 2a) Ảnhkhông được như chờ đợi bởi vì sự chồng chéo của các bộ phận giới hạn của ổbụng Sự phân bố của bức xạ làm giảm tính rõ nét của các bộ phận nhỏ của ảnh

Để có hình ảnh tốt hơn khi phẫu thuật cấu trúc ổ bụng ví dụ như quả thậnPhương pháp chụp X quang truyền thống có thể được sử dụng Trong kỹ thuậtchụp X quang, các phần của thận sẽ rõ hơn bằng cách làm mờ các mô ở trên vàdưới, thêm vào đó sự tương phản của kết cấu sẽ tăng lên Song ảnh vẫn còn mờvà chưa rõ

Hình 2a: So sánh hai phương pháp X quang truyền thống và CT

Phương pháp chụp X quang thông thường là chiếu X quang theo trục dọc,

từ đó mặt phẳng của ảnh đặt song song với trục dọc cơ thể và kết quả của mặt cắt

Trang 9

dọc và hình ảnh vòng Máy CT là loại máy tịnh tiến theo chiều dọc hay là máytác động ảnh theo chiều ngang Các ảnh tạo ra vuông góc suốt chiều dài cơ thể( hình 2b)

Hình 2b: Phương pháp tạo ảnh thông thường cho ảnh song song với chiều

dài cơ thể CT cho ảnh theo chiều ngang

Sự chính xác cho bởi phương pháp tạo ảnh theo mặt cắt ngang là một quátrình phức tạp và nó phụ thuộc vào sự hiểu biết về vật lý, điều hành máy móc, vàkhoa học máy tính Về cơ sở nguồn gốc bằng cách nào đó có thể giải thích nếubạn cân nhắc kỹ cấu trúc cơ bản của hệ thống CT Một hệ thống CT đơn giảnnhất gồm có một ống chuẩn trực chùm tia X và một bộ phát hiện đơn ( hình 2c)Nguồn phát tia X và bộ phát hiện được kết nối với nhau với mục đích di chuyểnđồng bộ Khi nguồn và bộ phát hiện kết hợp với nhau tạo ra sự quét hay sự tịnhtiến, ngang qua bệnh nhân, qua cấu trúc bên trong cơ thể chùm tia X bị suy giảmtheo mức độ khác nhau tuỳ theo mật độ khối lượng và số nguyên tử của mô cầnkhảo sát

Trang 10

Hình 2c: Ở dạng đơn giản nhất, máy quét CT gồm 1 chùm tia X chuẩn trực

và 1 máy dò, cả 2 bộ phận này chuyển động đồng thời tịnh tiến – xoay

Cơ sở vật lý của CT chính là hiện tượng hấp thụ bức xạ tia X của cơ thểTia X được tạo ra khi dòng electron từ dây tóc bị đốt nóng đập vào anode làmbằng vật liệu Tungsten, hay Vonfram trong môi trường chân không Có hai loạitia X: tia X bức xạ hãm (Bremsstrahlung) và tia X đặc trưng (Characteristic X-ray) Thông thường, người ta dựng tia X bức xạ hãm ở các khoảng năng lượngthích hợp (thường từ 25 keV đến 120 keV) Trong những trường hợp đặc biệt,chẳng hạn như chụp cho tuyến vú, người ta phải dựng tia X đặc trưng Tia X phát

ra từ nguồn có thể có dạng song song hay dạng quạt

Hình 2d : Các dạng tia X

Khi chiếu tia X qua cơ thể, do các loại tế bào khác nhau có mật độ vật chấtkhác nhau, nên chúng sẽ hấp thụ tia X ở mức độ khác nhau Cơ sở của sự hấp thụ

Trang 11

này chính là tương tác giữa tia X và các chất trong tế bào Kết quả là tia X bị suygiảm cường độ Trong cơ thể người, xương là cấu trúc đặc nhất so với các môkhác nên chúng sẽ hấp thụ tia X nhiều nhất Trong y tế, người ta thường dùng chì(Pb) để ngăn chặn tia X, vì chúng hấp thụ tia X khá tốt

Tia X sau khi đi qua cơ thể sẽ được phát hiện bằng đầu dò (detector) Đầu

dò sẽ có tác dụng chuyển năng lượng tia X nhận được thành tín hiệu điện Đầu dòđược dựng có thể là đầu dò sử dụng khí hiếm Xenon ở áp suất cao (khoảng 25atm) (hình2e), hoặc đầu dò bán dẫn (solid-state detector) (hình 2f)

Hình 2e: Đầu dò khí xenon

Hình 2f : Cấu tạo của đầu dò bán dẫn

Đầu dò bán dẫn gồm một lớp phát quang (scintillator) ghép với mộtphotodiode Tia X sẽ tác dụng lên lớp phát quang tạo ra ánh sáng Ánh sáng này

sẽ được photodiode chuyển thành tín hiệu điện Lớp phát quang được dựng gồmvật liệu CdWO4, nguyên tố Ytri (Yttrium), nguyên tố gadoli (gadolinium) thuộchọ Lanthan, và những vật liệu khác tuỳ theo nhà sản xuất Đầu dò bán dẫn cónhiều ưu điểm hơn đầu dò Xenon như: hệ số hấp thụ tia X tốt hơn, bề mặt đầu dò

Trang 12

phẳng nên góc thu nhận rộng hơn đầu dò Xenon vốn có bề mặt cong Trong cácthiết bị CT thế hệ mới, người ta dựng nhiều dãy đầu dò; vì vậy, khả năng ứngdụng trong chẩn đoán của CT được mở rộng rất nhiều lần

Tín hiệu điện thu được từ đầu dò được đưa đến máy tính để xử lý Máytính sẽ dựng các thuật toán để tái tạo hình ảnh của phần cơ thể được chụp và hiểnthị ảnh lên màn hình Máy tính phải rất mạnh để thực hiện tái tạo ảnh song songvới quá trình thu dữ liệu, nhằm giảm thời gian trễ giữa lúc kết thúc thu tín hiệu vàhiển thị ảnh Tín hiệu thu được sẽ được khuyếch đại, lượng tử hoá (số hoá), lọcvà sau đó mới được xử lý Dữ liệu thu được là dữ liệu thụ (raw data) Dữ liệu thụ

sẽ được hiệu chỉnh trong quá trình tiền xử lý Sở dĩ dữ liệu phải được hiệu chỉnh,thứ nhất là do hệ số hấp thụ tuyến tính hiệu dụng của mô giảm theo khoảng cách

so với nguồn phát Sự suy giảm này nếu không được hiệu chỉnh sẽ dẫn đến ảnh

giả (artifact), ảnh không mong muốn, trong quá trình tái tạo ảnh có thể gây ra

chẩn đoán sai Yếu tố thứ hai cần phải hiệu chỉnh là sự không đồng đồng đều vềđộ nhạy của từng đầu dò và các kênh đầu dò trong trường hợp dựng đa dãy đầu

dò Nếu không hiệu chỉnh yếu tố này sẽ dẫn đến ảnh giả vòng (ring artifact orhalo artifact)

Hình 2g : Sơ đồ khối của hệ thống máy quét CT

Trang 13

III CÁC THẾ HỆ MÁY CT

3 1 Máy CT thế hệ thứ nhất

Trước hết là mô tả ống chuẩn trực chùm tia X và bộ phát hiện đơn đồng bộchuyển động tịnh tiến và quay liên tục quanh bệnh nhân là đặc điểm của máy CTthế hệ thứ nhất Máy CT thế hệ này cần có nhiều phép chiếu Những phép chiếunày được tạo ra bằng cách quay hệ thống một góc nhỏ cỡ 10 quanh trục vuônggóc với mặt phẳng chứa lớp cắt Như vậy hệ thống đo phải dịch chuyển theo mộtgóc quay ít nhất là 1800 Những số đo được mã hoá rồi truyền tới máy tính Dựatrên những số đo này, máy tính sẽ tính ra những độ suy giảm và sự phân bố củanhững suy giảm này trên tiếp diện lớp cắt của đối tượng Những vùng có độ suy

giảm cao được ấn định giá trị cao và ngược lại Hạn chế của thế hệ này là thời

gian phát tia gần 5 phút mới xong

Trang 14

3 2 Máy CT thế hệ thứ hai

Máy CT thế hệ thứ nhất có thể tính toán điều chỉnh chùm sáng Chúng làđiển hình của chức năng kết hợp giữa nguồn và máy phát hiện, sự chuyển độnggiàn quay máy CT, và máy tính xử lý ảnh Máy CT thế hệ thứ hai cũng sử dụngnguyên lý tịnh tiến-quay Sự kết hợp mở rộng các đơn vị nhỏ tạo ra chùm đầu dòvà chùm tia hình quạt hơn là chùm tia hình bút chì ( hình 3 2a) Một điểm bất lợicủa chùm tia dạng quạt là bức xạ phân tán tăng lên Điểm bất lợi này giống cáchtạo ảnh X quang thông thường Thêm sự bất lợi nữa là sự tăng lên của cường độhướng tới cạnh chùm tia làm mờ phim Một bộ lọc bù có thể giải quyết vấn đềnày Đặc điểm nổi bật của máy CT đời thứ 2 được thể hiện trên hình 3 2b

Hình 3 2a : Hình ảnh của 2 chùm tia X quang sử dụng trong máy chụp cắt lớp Với chùm tia hình quạt, bộ lọc đôi khi được sử dụng để cân bằng cường độ tia X đến máy dò

Lợi thế chủ yếu của máy CT đời thứ 2 là tốc độ Những máy này có từ 5đến 30 đầu dò gần nhau Bởi vậy thời gian quét ngắn hơn Vì có nhiều đầu dò xếpthành hàng, chỉ một chuyển động tịnh tiến đơn cũng giống như vài chuyển độngtịnh tiến với máy CT đời 1 Do đó mỗi chuyển động tịnh tiến đơn sẽ làm gócquay lệch đi 5 độ hoặc hơn Với một lần quay lệch đi 10 độ, chỉ cần 18 lần tịnhtiến đơn để quét được 180 độ

Trang 15

Nhiều máy phát hiện xếp theo hàng

Thời gian quét là 30s

3 3 Máy CT thế hệ thứ ba

Hình 3 3a: Máy CT thế hệ thứ 3

Trang 16

Sự hạn chế của máy CT thế hệ thứ hai là thời gian kiểm tra quá dàiNguyên nhân do sự phức tạp khi vận hành máy theo cơ chế tịnh tiến-quay và khốilượng cồng kềnh cũng như sự liên quan tới giá đỡ máy CT, người ta dự kiến thaythế các máy quét có thời gian quét 20s hoặc hơn Hạn chế này được khắc phụcvới sự ra đời của máy CT thế hệ thứ ba Trong các máy quét này bóng X quangvà các đầu dò gần nhau sẽ quay xung quanh bệnh nhân ( hình 3 3b) Giống nhưmột trục quay cố định, máy CT thế hệ thứ ba có thể xây dựng ảnh trong 1s

Hình 3 3b: Máy CT thế hệ 3 sử dụng mô hình quay cùng với chùm tia X và nhiều đầu dò quay xung quanh bệnh nhân

Máy CT đời 3 sử dụng nhiều đầu dò sắp sếp theo đường cong và chùm tia

có hình quạt Số lượng đầu dò và bề rộng của chùm tia, khoảng từ 30 đến 60 độ,

cả hai đều lớn hơn máy CT đời 2 Trong máy CT thế hệ 3, chùm tia và các đầu dò

bố trí xung quanh bệnh nhân

Việc sắp xếp các đầu dò quanh bệnh nhân dẫn tới khoảng cách từ nguồntới các đầu dò không đổi, ảnh xây dựng lại có chất lượng tốt hơn Điểm đặc biệtnày làm cho sự chuẩn trực chùm tia X tốt hơn và làm giảm bớt tác động của hiệntượng tán xạ Hình 3 3c so sánh chức năng các đầu dò của các máy CT thế hệ 2và 3

Tiêu đề	Tìm Hiểu Về Máy CT
Người hướng dẫn	GV Hướng Dẫn
Trường học	Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Điện Tử
Thể loại	tiểu luận
Thành phố	Thái Nguyên

Định dạng
Số trang	33
Dung lượng	2,42 MB